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金属氮化物与锗接触特性研究

作　者: 吴焕达
导　师: 李成; 黄巍
学　校: 厦门大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 锗费米能级钉扎效应肖特基势垒高度氮化钛氮化钨
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

锗(Ge)材料因其较高的载流子迁移率以及与硅工艺兼容的性质成为下一代高性能集成电路半导体MOSFE器件沟道的首选替代材料。然而金属/Ge接触界面存在强烈的费米能级钉扎效应,形成较高的接触势垒和较大的接触电阻,影响了器件性能提升。因此,研究Ge费米能级钉扎效应本质,调制金属/n-Ge的接触势垒高度,以及寻找获得欧姆接触的途径具有重要的研究意义和应用价值。本论文利用反应磁控溅射的方法得到不同组分的WNx/n-Ge与TiNx/n-Ge接触材料,研究了金属氮化物与n-Ge接触势垒高度调制方法与机理,取得的主要成果如下：1.通过反应溅射方法制备TiNx薄膜电极,当溅射时氮气流量为1sccm时,可形成组分为TiN0.1薄膜电极,而当氮气流量增加至2sccm,薄膜中氮的组分增加为TiN0.8。同样利用改变氮气的分压的方法,我们溅射制备了不同组分的WNx薄膜。2.研究了以变组分金属氮化物为电极调制与n-Ge接触势垒高度的方法和机理。电学测试表明,不论是TiNx/n-Ge或WNx/n-Ge接触,其势垒高度均随着薄膜电极中N元素的含量的增加而降低。当TiNx与WNx中N元素的含量达到-定值时,便可实现良好的欧姆接触。其中,WNx/n-Ge接触的比接触电阻测试为3.1x10-4μΩcm。3.从理论上分析和建立了界面偶极子模型,解释了变组分金属氮化物对与n-Ge接触势垒高度的调制机理：由于N、Ge电负性相差较大,金属氮化物与Ge接触界面存在的N-Ge键可视为由金属氮化物方向指向Ge表面的电偶极子。这些偶极子形成偶极子层,通过附加电场改变接触界面的能带结构,从而降低了金属氮化物/n-Ge接触的势垒高度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-24
  1.1 Ge场效应晶体管与Ge欧姆接触问题  11-12
  1.2 金属/n-Ge接触的研究进展  12-18
    1.2.1 金属/n-Ge接触界面的费米能级钉扎效应  12-15
    1.2.2 金属/n-Ge接触界面改性与势垒高度调制  15-18
  1.3 纳米TaN薄膜对金属/n-Ge接触势垒高度的调制效应  18-20
  1.4 论文章节安排  20-22
  参考文献  22-24
第二章金属/n-Ge接触的基本理论  24-32
  2.1 金属氮化物基本性质与制备方法  24-27
    2.1.1 金属氮化物基本性质  24-25
    2.1.2 金属氮化物薄膜沉积方法  25-27
  2.2 金属/半导体接触势垒高度、比接触电阻的提取模型和计算方法  27-31
    2.2.1 金属/半导体接触势垒高度的理论模型  27-29
    2.2.2 金属/半导体欧姆接触比接触电阻的测试方法  29-31
  参考文献  31-32
第三章 TiN_x/n-Ge接触势垒高度调制效应  32-45
  3.1 TiN_x薄膜的沉积和表征  32-39
    3.1.1 TiN_x薄膜的沉积  32-34
    3.1.2 TiN_x溥膜电阻率与XRD分析  34-36
    3.1.3 TiN_x薄膜XPS分析及组分确定  36-39
  3.2 TiN_x/n-Ge接触势垒高度的实验设计及测试  39-41
    3.2.1 测量TiN_x/n-Ge接触势垒高度的实验设计及器件结构  39
    3.2.2 TiN_x/n-Ge接触的Ⅰ-Ⅴ测试结果  39-40
    3.2.3 TiN_(0.8)/n-Ge接触热稳定性研究  40-41
  3.3 TiN_x薄膜调制金属/n-Ge接触势垒高度的机理分析  41-42
  3.4 本章小结  42-43
  参考文献  43-45
第四章 WN_x/n-Ge接触势垒高度调制效应  45-59
  4.1 WN_x薄膜的沉积和表征  45-52
    4.1.1 WN_x薄膜沉积工艺  45-47
    4.1.2 WN_x薄膜的XRD与电阻率  47-48
    4.1.3 WN_x薄膜XPS分析  48-52
  4.2 WN_x薄膜调制金属/n-Ge接触势垒高度的实验设计和分析  52-53
    4.2.1 测量WN_x/n-Ge接触势垒高度的实验设计及器件结构  52
    4.2.2 WN_x/n-Ge接触的Ⅰ-Ⅴ测试结果  52-53
  4.3 WN_x/n~+-Ge接触的比接触电阻的研究  53-55
  4.4 N-Ge偶极子层模型  55-57
  4.5 本章小结  57-58
  参考文献  58-59
第五章总结与展望  59-60
附录：硕士期间科研成果  60-61
致谢  61

金属氮化物与锗接触特性研究

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